UNIVERSIT´
E DE NICE SOPHIA ANTIPOLIS 2014/2015
Facult´e des Sciences Pr´eparation `a l’agr´egation
D´epartement de Math´ematiques T. D. Arithm´etique
Exercice 1.
a) Soit pun nombre premier impair et r∈N,r > 0. Soit xun entier non multiple de pet soit tun
´el´ement de Z/prZtel que t2≡x[pr]. Montrer qu’il existe un unique ´el´ement t0∈Z/pr+1Ztel que
t0≡t[pr] et t02≡x[pr+1].
b) Soit toujours pun nombre premier et soit pr,r > 1 une puissance de p. Soit xun entier non multiple
de p. Montrer que xest un carr´e modulo prsi et seulement si xest un carr´e modulo p.
c) D´eterminer les ´el´ements de Z/125Zdont le carr´e est ´egal `a −1.
d) Montrer qu’un entier impair xest un carr´e modulo 2r(r≥3) si et seulement si x≡1[8].
Exercice 2.
(Petit th´eor`eme de Fermat, nombres pseudo-premiers et nombres de Carmichael). [Gourdon p.35], [De-
mazure]
a) [Petit th´eor`eme de Fermat] Montrer que pour pun nombre premier et aun nombre premier `a p
ap−1≡1 [p]
Soit un nombre entier a≥2. Un nombre entier nest dit pseudo-premier en base asi nn’est pas premier
et s’il v´erifie an−1≡1[n] .
b) Soit pun nombre premier impair qui ne divise pas a(a2−1). Montrer que n:= (a2p−1)/(a2−1)
est un nombre pseudo-premier en base a.
c) En d´eduire que pour tout a≥2, il existe une infinit´e de nombres pseudo-premiers en base a.
Un nombre de Carmichael est un entier n≥2, qui n’est pas un nombre premier et qui v´erifie an−1≡1[n],
pour tout entier apremier avec n. (Ce qui revient `a dire que nest un nombre pseudo-premier en base a,
pour tout entier apremier avec n).
d) Soit n=p1· · · pk, avec les pipremiers et distincts. Montrer que si pi−1|n−1, pour tout 1 ≤i≤k,
alors nest un nombre de Carmichael.
e) R´eciproquement, montrer que tout nombre de Carmichael est de la forme n=p1· · · pko`u les pi
sont premiers et distincts o`u pi−1|n−1,pour tout 1 ≤i≤k.
f) Montrer qu’un nombre de Carmichael a au moins 3 facteurs premiers.
g) Montrer qu’un nombre de Carmichael est impair.
h) Donner le plus petit nombre de Carmichael.
i) Soit n=pqr un nombre de Carmichael `a 3 facteurs premiers p < q < r. Si pest fix´e, montrer que
qet rsont born´es.
j) Montrer l’enonc´e suivant.
Soit nun entier impair tel que a(n−1)/2≡ ±1[n]pour tout apremier `a n. S’il existe un tel aque
a(n−1)/2≡ −1[n]alors nest premier.
1